JP2016097349A - 排水の生物処理方法及び生物処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】難生物分解性有機物質を含む排水を処理コストを抑えて効率的に生物処理する。【解決手段】難生物分解性有機物質を含む排水を、ＭＢＲで生物処理するにあたり、該排水を２分し、一方をＭＢＲで生物処理し、他方をＭＢＲ以外の方法で生物処理し、ＭＢＲの余剰汚泥を、他方の生物処理槽に添加する。ＭＢＲにおいて、膜の目詰まりを低減し、また低濃度排水であっても膜面積を抑えて生物処理することができ、一方で、ＭＢＲ以外の方法による生物処理系でも、微生物量を高めて高い除去率を得ることができる。【選択図】なし
Description
本発明は、難生物分解性有機物質を含む排水の生物処理方法及び生物処理装置に関する。
詳しくは、難生物分解性有機物質を含む排水を、ＭＢＲ（メンブレンバイオリアクター）を用いて効率的に生物処理する方法と装置に関する。
詳しくは、難生物分解性有機物質を含む排水を、ＭＢＲ（メンブレンバイオリアクター）を用いて効率的に生物処理する方法と装置に関する。
難生物分解性有機物質の生物処理に関する従来技術としては、オゾン等の化学的酸化法によって対象物質を部分分解した後生物処理する方法（例えば、特許文献１，２）、又はＭＢＲを用いてＳＲＴ（汚泥滞留時間）を長く保って生物処理する方法がある。
ＭＢＲには、生物処理槽内に浸漬した分離膜で固液分離を行う浸漬型ＭＢＲと、生物処理槽とは別の膜分離装置へ汚泥を送給して固液分離し、膜濃縮水を生物処理槽へ戻す槽外型ＭＢＲがあるが、いずれも系内に高濃度で汚泥を保持することにより効率的に生物処理を行えるため、難生物分解性有機物質であっても、化学的酸化法による前処理を行うことなく、ＳＲＴを長くすることにより分解することが可能である。
ＭＢＲには、生物処理槽内に浸漬した分離膜で固液分離を行う浸漬型ＭＢＲと、生物処理槽とは別の膜分離装置へ汚泥を送給して固液分離し、膜濃縮水を生物処理槽へ戻す槽外型ＭＢＲがあるが、いずれも系内に高濃度で汚泥を保持することにより効率的に生物処理を行えるため、難生物分解性有機物質であっても、化学的酸化法による前処理を行うことなく、ＳＲＴを長くすることにより分解することが可能である。
オゾン等の化学酸化によって部分分解した後生物処理する方法は、化学酸化のコストが高く、また、装置が複雑であるという問題がある。
また、ＭＢＲでＳＲＴを長く維持して生物処理する方法は、ＳＲＴを長く保つため、生物代謝産物が多く生産されて膜の目詰まりが激しいこと、また、低濃度排水では膨大な膜面積が必要で高コストになるという問題があった。
また、ＭＢＲでＳＲＴを長く維持して生物処理する方法は、ＳＲＴを長く保つため、生物代謝産物が多く生産されて膜の目詰まりが激しいこと、また、低濃度排水では膨大な膜面積が必要で高コストになるという問題があった。
本発明は、難生物分解性有機物質を含む排水を処理コストを抑えて効率的に生物処理する方法と装置を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ね、難生物分解性有機物質を含む排水を２分し、一方をＭＢＲで処理し、他方を活性汚泥法、接触酸化法、流動床式好気性生物処理法等、ＭＢＲ以外の方法で生物処理し、好ましくは、ＭＢＲの余剰汚泥をこの生物処理槽に添加することにより、ＭＢＲにおいて、膜の目詰まりを低減し、また低濃度排水であっても膜面積を抑えて生物処理することができ、一方で、ＭＢＲ以外の方法による生物処理系でも、微生物量を高めて高い除去率を得ることができることを見出した。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
［１］ 難生物分解性有機物質を含む排水を、ＭＢＲで生物処理する方法において、該排水を２分し、一方をＭＢＲで生物処理し、他方をＭＢＲ以外の方法で生物処理することを特徴とする排水の生物処理方法。
［２］ ［１］において、前記ＭＢＲの余剰汚泥を、前記他方の生物処理槽に添加することを特徴とする排水の生物処理方法。
［３］ ［１］又は［２］において、前記一方が前記排水の全量の１〜３０％であることを特徴とする排水の生物処理方法。
［４］ ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記生物難分解性物質が１，４−ジオキサンであることを特徴とする排水の生物処理方法。
［５］ １，４−ジオキサン含有排水を生物処理する装置において、該排水の一部が導入されるＭＢＲと、該排水の残部が導入される流動床式活性汚泥反応槽と、該ＭＢＲの余剰汚泥を該流動床式活性汚泥反応槽に添加する手段とを備えることを特徴とする排水の生物処理装置。
本発明によれば、１，４−ジオキサン等の難生物分解性有機物質を含む排水を処理コストを抑えて効率的に生物処理することができる。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明者らは、１，４−ジオキサン等の難生物分解性有機物質の生物処理について検討を行った結果、以下のような知見を得た。
（１） １，４−ジオキサンは活性汚泥に通水すると２ヶ月くらいで分解できる。
（２） 活性汚泥法、接触酸化法、流動床式好気性生物処理等で処理した場合、負荷を低くすると、数十〜数百ｍｇ／Ｌの１，４−ジオキサンを１０ｍｇ／Ｌ程度まで処理できるが、１ｐｐｍ以下にすることはできない。
（３） ＭＢＲを用いると、数十〜数百ｍｇ／Ｌの１，４−ジオキサンを０．１ｍｇ／Ｌ以下まで処理できる。しかし、ＭＢＲではフラックスを高くとると膜の目詰まりが激しい。
（４） 流動床式好気性生物処理で１，４−ジオキサンを含む排水を処理し、滞留時間を短くすると当初９０％程度であった除去率が経時により低下し、除去できなくなる。
（１） １，４−ジオキサンは活性汚泥に通水すると２ヶ月くらいで分解できる。
（２） 活性汚泥法、接触酸化法、流動床式好気性生物処理等で処理した場合、負荷を低くすると、数十〜数百ｍｇ／Ｌの１，４−ジオキサンを１０ｍｇ／Ｌ程度まで処理できるが、１ｐｐｍ以下にすることはできない。
（３） ＭＢＲを用いると、数十〜数百ｍｇ／Ｌの１，４−ジオキサンを０．１ｍｇ／Ｌ以下まで処理できる。しかし、ＭＢＲではフラックスを高くとると膜の目詰まりが激しい。
（４） 流動床式好気性生物処理で１，４−ジオキサンを含む排水を処理し、滞留時間を短くすると当初９０％程度であった除去率が経時により低下し、除去できなくなる。
以上の検討結果から、以下のことが考察された。
（１） １，４−ジオキサンは馴養により生物処理可能である。
（２） １，４−ジオキサン分解微生物は極めて増殖速度が遅く、ＭＢＲ以外の処理法では１０ｍｇ／Ｌ程度までしか処理できない。この理由は以下の通りと考えられる。
ＭＢＲでは、膜分離により強制的に微生物を系内に封じ込めるため、極めて長いＳＲＴをとることが可能となり、増殖速度が遅い微生物も増殖可能になるため、１，４−ジオキサンを０．１ｍｇ／Ｌ以下まで処理できる。これに対して、通常の接触酸化やスポンジ活性汚泥法等では、微生物は担体に付着、剥離を繰り返すため、１，４−ジオキサン分解微生物を十分量維持するだけの長いＳＲＴが維持できない。
（３） ＭＢＲはＳＲＴが長いため膜の目詰まりが激しく、大きな膜面積が必要となる。
（１） １，４−ジオキサンは馴養により生物処理可能である。
（２） １，４−ジオキサン分解微生物は極めて増殖速度が遅く、ＭＢＲ以外の処理法では１０ｍｇ／Ｌ程度までしか処理できない。この理由は以下の通りと考えられる。
ＭＢＲでは、膜分離により強制的に微生物を系内に封じ込めるため、極めて長いＳＲＴをとることが可能となり、増殖速度が遅い微生物も増殖可能になるため、１，４−ジオキサンを０．１ｍｇ／Ｌ以下まで処理できる。これに対して、通常の接触酸化やスポンジ活性汚泥法等では、微生物は担体に付着、剥離を繰り返すため、１，４−ジオキサン分解微生物を十分量維持するだけの長いＳＲＴが維持できない。
（３） ＭＢＲはＳＲＴが長いため膜の目詰まりが激しく、大きな膜面積が必要となる。
これらの考察結果から、１，４−ジオキサン等の難生物分解性有機物質を主体とする排水を処理する場合、排水の一部をＭＢＲで処理し、残りの大部分の排水は通常の活性汚泥法やスポンジ活性汚泥法で生物処理し、ＭＢＲの余剰汚泥は通常の生物処理に全量を添加するようにすることが望ましいと考えられた。
このようにすることにより、通常の活性汚泥法やスポンジ活性汚泥法においても、ＭＢＲから十分量の１，４−ジオキサン分解微生物が供給され、十分な処理が可能になると考えられる。
さらに、本処理方法では、ＭＢＲは、排水のごく一部しか処理しないため、フラックスを小さくしても必要な膜面積は小さく、低コストで済む。このメリットは排水の濃度が低いほど、また、水量が多いほど大きい。
また、排水の大部分を処理する通常の活性汚泥法やスポンジ活性汚泥法では、ＭＢＲほどＳＲＴが長くないため、生物代謝産物が少なく、ＴＯＣの上昇もないことから、後段に凝集処理や逆浸透膜処理がある場合に有利となり、これらの後段処理への負荷を大きくすることがない。
さらに、本処理方法では、ＭＢＲは、排水のごく一部しか処理しないため、フラックスを小さくしても必要な膜面積は小さく、低コストで済む。このメリットは排水の濃度が低いほど、また、水量が多いほど大きい。
また、排水の大部分を処理する通常の活性汚泥法やスポンジ活性汚泥法では、ＭＢＲほどＳＲＴが長くないため、生物代謝産物が少なく、ＴＯＣの上昇もないことから、後段に凝集処理や逆浸透膜処理がある場合に有利となり、これらの後段処理への負荷を大きくすることがない。
本発明で処理対象とする難生物分解性有機物質含有排水としては特に制限はないが、本発明は、特に、当該難生物分解性有機物質の分解微生物の増殖速度が遅く、本発明を適用することによる効果が大きいことから、１，４−ジオキサンを含有する排水に有効である。
難生物分解性有機物質含有排水の１，４−ジオキサン等の難生物分解性有機物質濃度としては特に制限はなく、本発明によれば、０．５〜５ｍｇ／Ｌ程度の低濃度排水から、１，０００〜５，０００ｍｇ／Ｌ程度の高濃度排水まで効率的に処理可能であるが、本発明は特に３〜２０ｍｇ／Ｌ程度の比較的低濃度の排水に有効である。
ジオキサン含有排水としては、化学工業、繊維工業等の各種工場排水、半導体プロセス排水、廃棄物埋立処分場からの浸出水、家庭排水などが例示される。
難生物分解性有機物質含有排水の１，４−ジオキサン等の難生物分解性有機物質濃度としては特に制限はなく、本発明によれば、０．５〜５ｍｇ／Ｌ程度の低濃度排水から、１，０００〜５，０００ｍｇ／Ｌ程度の高濃度排水まで効率的に処理可能であるが、本発明は特に３〜２０ｍｇ／Ｌ程度の比較的低濃度の排水に有効である。
ジオキサン含有排水としては、化学工業、繊維工業等の各種工場排水、半導体プロセス排水、廃棄物埋立処分場からの浸出水、家庭排水などが例示される。
本発明においては、このような難生物分解性有機物質含有排水を、２分し、一方をＭＢＲで生物処理し、他方をＭＢＲ以外の方法で生物処理する。
ＭＢＲ以外の生物処理法としては、一般的な生物処理法を採用することができ、例えば、活性汚泥法、接触酸化法、流動床式好気性生物処理法（流動床式活性汚泥法）等を用いることができる。
流動床式活性汚泥法の場合、ウレタンスポンジ等の担体を充填率１０〜５０％程度で充填した反応槽を用い、滞留時間ＨＲＴ０．５〜１０時間程度で処理することが好ましい。
ＭＢＲ以外の生物処理法としては、一般的な生物処理法を採用することができ、例えば、活性汚泥法、接触酸化法、流動床式好気性生物処理法（流動床式活性汚泥法）等を用いることができる。
流動床式活性汚泥法の場合、ウレタンスポンジ等の担体を充填率１０〜５０％程度で充填した反応槽を用い、滞留時間ＨＲＴ０．５〜１０時間程度で処理することが好ましい。
ＭＢＲとしては、好気性浸漬型ＭＢＲ、好気性槽外型ＭＢＲのいずれでもよい。膜の型式についても特に制限はないが、膜の孔径は、目詰まりを抑制した上で、高い膜分離効果を得るために０．０１〜１ミクロン程度のものが好ましい。
また、ＭＢＲの滞留時間ＨＲＴは１〜１０時間程度とすることが好ましく、ＭＢＲ反応槽のＭＬＳＳは３，０００〜１０，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持することが好ましい。
また、ＭＢＲにおける１，４−ジオキサン等の難分解性物質の負荷を０．０４ｇ−ＴＯＣ／ｇ−ＭＬＶＳＳ・ｄａｙ以下とすることが好ましい。
また、ＭＢＲの滞留時間ＨＲＴは１〜１０時間程度とすることが好ましく、ＭＢＲ反応槽のＭＬＳＳは３，０００〜１０，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持することが好ましい。
また、ＭＢＲにおける１，４−ジオキサン等の難分解性物質の負荷を０．０４ｇ−ＴＯＣ／ｇ−ＭＬＶＳＳ・ｄａｙ以下とすることが好ましい。
本発明では、ＭＢＲの余剰汚泥を引き抜き、ＭＢＲ以外の生物処理法による反応槽に添加することが、この反応槽内の微生物量を高め、分解効率を高める上で好ましい。
本発明において、難生物分解性有機物質含有排水のうち、ＭＢＲで生物処理する排水量が多過ぎても少な過ぎても、ＭＢＲによる生物処理とＭＢＲ以外の生物処理法による生物処理とを併用する本発明の効果を十分に得ることができない。このため、全排水のうち、ＭＢＲで生物処理する排水量は１〜３０％程度、好ましくは５〜２０％程度とし、残部をＭＢＲ以外の生物処理法で生物処理することが好ましい。
なお、ＭＢＲでは、装置の立ち上げに際して予め処理する難生物分解性有機物質で馴養した汚泥を添加することが好ましい。また、排水の難生物分解性有機物質濃度が低い場合には、処理開始初期において、ＭＢＲに導入される排水に難生物分解性有機物質を添加して排水濃度を高めて微生物の馴養を加速するようにしてもよい。
一方、ＭＢＲ以外の生物処理法による生物処理においては、排水の難生物分解性有機物質濃度が高過ぎる場合には、適宜、他系統の排水や処理水で希釈して、難生物分解性有機物質濃度を１０〜５０ｍｇ／Ｌ程度に調整するようにしてもよい。
ＭＢＲによる生物処理で得られた処理水と、ＭＢＲ以外の生物処理法による生物処理で得られた処理水は、合流させて必要に応じて更に後処理を行って放流するか水回収して再利用される。この場合、ＭＢＲ以外の生物処理法による生物処理水については、凝集、固液分離処理した後、ＭＢＲ処理水と合流させてもよい。後処理としては、凝集、固液分離、逆浸透膜処理等が挙げられる。
以下に、実施例、比較例、及び参考例を挙げて、本発明の効果をより具体的に説明する。
［比較例１］
１，４−ジオキサンを２．５〜３．５ｍｇ／Ｌ含む半導体プロセス排水を、流動床式活性汚泥処理した。反応槽容積は３００Ｌ、通水量は１５０Ｌ／ｄａｙ、滞留時間（ＨＲＴ）は４８時間とし、反応槽には３ｍｍ角のウレタンスポンジを３０％容量投入した（充填率３０％）。
３ヶ月の生物処理期間中、処理水の１，４−ジオキサン濃度は平均２．４ｍｇ／Ｌで、除去率は１８％であった。
１，４−ジオキサンを２．５〜３．５ｍｇ／Ｌ含む半導体プロセス排水を、流動床式活性汚泥処理した。反応槽容積は３００Ｌ、通水量は１５０Ｌ／ｄａｙ、滞留時間（ＨＲＴ）は４８時間とし、反応槽には３ｍｍ角のウレタンスポンジを３０％容量投入した（充填率３０％）。
３ヶ月の生物処理期間中、処理水の１，４−ジオキサン濃度は平均２．４ｍｇ／Ｌで、除去率は１８％であった。
［比較例２］
１，４−ジオキサンを２．５〜３．５ｍｇ／Ｌ含む半導体プロセス排水を、実容積３００ＬのＭＢＲで処理した。通水量は３００Ｌ／ｄａｙ、平均滞留時間（ＨＲＴ）は２４ｈｒとした。ＭＢＲの分離膜には孔径０．１ミクロンの平膜を用い、膜面積は約１ｍ２とした。運転開始時は、比較例１の反応槽からスポンジを３０Ｌ取り出し、これを投入した。
その結果、運転開始から２ヶ月後には処理水の１，４−ジオキサン濃度は０．１ｍｇ／Ｌを下回った。しかし、膜の目詰まりが激しく、週に１回の洗浄が必要であった。
１，４−ジオキサンを２．５〜３．５ｍｇ／Ｌ含む半導体プロセス排水を、実容積３００ＬのＭＢＲで処理した。通水量は３００Ｌ／ｄａｙ、平均滞留時間（ＨＲＴ）は２４ｈｒとした。ＭＢＲの分離膜には孔径０．１ミクロンの平膜を用い、膜面積は約１ｍ２とした。運転開始時は、比較例１の反応槽からスポンジを３０Ｌ取り出し、これを投入した。
その結果、運転開始から２ヶ月後には処理水の１，４−ジオキサン濃度は０．１ｍｇ／Ｌを下回った。しかし、膜の目詰まりが激しく、週に１回の洗浄が必要であった。
［参考例１］
排水にジオキサンを添加して、原水１，４−ジオキサン濃度を約１００ｍｇ／Ｌとして、実容積３ＬのＭＢＲで処理した。通水量は３Ｌ／ｄａｙ、平均滞留時間（ＨＲＴ）は２４ｈｒとした。ＭＢＲの分離膜には孔径０．１ミクロンの平膜を用い、膜面積は０．１２ｍ２とした。運転開始時は、比較例２のＭＢＲのスポンジから絞り取った汚泥をＭＬＳＳとして４，０００ｍｇ／Ｌとなるよう添加した。
その結果、運転開始直後から１，４−ジオキサンは良好に処理され、処理水の１，４−ジオキサン濃度は０．１ｍｇ／Ｌ以下に維持された。
排水にジオキサンを添加して、原水１，４−ジオキサン濃度を約１００ｍｇ／Ｌとして、実容積３ＬのＭＢＲで処理した。通水量は３Ｌ／ｄａｙ、平均滞留時間（ＨＲＴ）は２４ｈｒとした。ＭＢＲの分離膜には孔径０．１ミクロンの平膜を用い、膜面積は０．１２ｍ２とした。運転開始時は、比較例２のＭＢＲのスポンジから絞り取った汚泥をＭＬＳＳとして４，０００ｍｇ／Ｌとなるよう添加した。
その結果、運転開始直後から１，４−ジオキサンは良好に処理され、処理水の１，４−ジオキサン濃度は０．１ｍｇ／Ｌ以下に維持された。
［参考例２］
参考例１の処理を継続したが、３ヶ月経過しても膜の目詰まりは観察されなかった。反応槽内のＭＬＳＳが６，０００ｍｇ／Ｌを超えたため余剰汚泥の引き抜きを行った。引き抜いた汚泥を比較例１の反応槽に全量添加した。このようにして、ＭＢＲのＭＬＳＳが６，０００ｍｇ／Ｌになった時点で５，０００ｍｇ／Ｌを維持するよう、汚泥を引き抜き、引き抜いた汚泥を全量比較例１の反応槽に添加する操作を継続した。
その結果、２か月経過後には比較例１で使用した３００Ｌの反応槽出口の処理水の１，４−ジオキサン濃度は０．１ｍｇ／Ｌを下回った。
参考例１の処理を継続したが、３ヶ月経過しても膜の目詰まりは観察されなかった。反応槽内のＭＬＳＳが６，０００ｍｇ／Ｌを超えたため余剰汚泥の引き抜きを行った。引き抜いた汚泥を比較例１の反応槽に全量添加した。このようにして、ＭＢＲのＭＬＳＳが６，０００ｍｇ／Ｌになった時点で５，０００ｍｇ／Ｌを維持するよう、汚泥を引き抜き、引き抜いた汚泥を全量比較例１の反応槽に添加する操作を継続した。
その結果、２か月経過後には比較例１で使用した３００Ｌの反応槽出口の処理水の１，４−ジオキサン濃度は０．１ｍｇ／Ｌを下回った。
［実施例１］
参考例２に引き続いて、１，４−ジオキサン２．５〜３．５ｍｇ／Ｌ含む半導体プロセス排水を２分に、一方をＭＢＲに、他方を流動床式活性汚泥反応槽に通水する処理を行った。ＭＢＲには、排水の全量１５０Ｌ／ｄａｙのうちの１０％である１５Ｌ／ｄａｙを通水し、流動床式活性汚泥反応槽には、残部の１３５Ｌ／ｄａｙを通水した。
ＭＢＲでは、参考例２と同様にＭＢＲのＭＬＳＳが６，０００ｍｇ／Ｌになった時点で５，０００ｍｇ／Ｌを維持するよう、汚泥を引き抜き、引き抜いた汚泥を全量流動床式活性汚泥反応槽に添加した。その他の条件は、参考例２と同様に行った。
その結果、ＭＢＲの処理水の１，４−ジオキサン濃度は０．１ｍｇ／Ｌ以下に維持される一方で、流動床式活性汚泥反応槽の処理水の１，４−ジオキサン濃度も０．１ｍｇ／Ｌ以下となり、双方から、高水質の処理水を得ることができた。また、ＭＢＲでは、２ヶ月の連続運転でも、膜の目詰まりは観察されなかった。
参考例２に引き続いて、１，４−ジオキサン２．５〜３．５ｍｇ／Ｌ含む半導体プロセス排水を２分に、一方をＭＢＲに、他方を流動床式活性汚泥反応槽に通水する処理を行った。ＭＢＲには、排水の全量１５０Ｌ／ｄａｙのうちの１０％である１５Ｌ／ｄａｙを通水し、流動床式活性汚泥反応槽には、残部の１３５Ｌ／ｄａｙを通水した。
ＭＢＲでは、参考例２と同様にＭＢＲのＭＬＳＳが６，０００ｍｇ／Ｌになった時点で５，０００ｍｇ／Ｌを維持するよう、汚泥を引き抜き、引き抜いた汚泥を全量流動床式活性汚泥反応槽に添加した。その他の条件は、参考例２と同様に行った。
その結果、ＭＢＲの処理水の１，４−ジオキサン濃度は０．１ｍｇ／Ｌ以下に維持される一方で、流動床式活性汚泥反応槽の処理水の１，４−ジオキサン濃度も０．１ｍｇ／Ｌ以下となり、双方から、高水質の処理水を得ることができた。また、ＭＢＲでは、２ヶ月の連続運転でも、膜の目詰まりは観察されなかった。
Claims (5)
- 難生物分解性有機物質を含む排水を、ＭＢＲで生物処理する方法において、該排水を２分し、一方をＭＢＲで生物処理し、他方をＭＢＲ以外の方法で生物処理することを特徴とする排水の生物処理方法。
- 請求項１において、前記ＭＢＲの余剰汚泥を、前記他方の生物処理槽に添加することを特徴とする排水の生物処理方法。
- 請求項１又は２において、前記一方が前記排水の全量の１〜３０％であることを特徴とする排水の生物処理方法。
- 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記生物難分解性物質が１，４−ジオキサンであることを特徴とする排水の生物処理方法。
- １，４−ジオキサン含有排水を生物処理する装置において、該排水の一部が導入されるＭＢＲと、該排水の残部が導入される流動床式活性汚泥反応槽と、該ＭＢＲの余剰汚泥を該流動床式活性汚泥反応槽に添加する手段とを備えることを特徴とする排水の生物処理装置。
Priority Applications (1)
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